实验四偏摩尔体积的测定.docx

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实验四偏摩尔体积的测定

实验四-偏摩尔体积的测定

实验四、偏摩尔体积的测定

专业：

11化学姓名：

赖煊荣座号：

32同组人：

池雅君时间：

2013.10.29

Ⅰ、实验目的

1．掌握偏摩尔量的概念。

2．了解密度的测定并掌握用比重法测偏摩尔量的方法。

Ⅱ、实验原理

在T、p不变的A、B两组分溶液中，如A组分的物质的量为nA，B组分的物质的量为nB，则溶液的任何广度性质（Y）可表示为：

（1）

积分上式，得Y=nAYA+nBYB

（2）

定义表观摩尔体积ΦV为

式中：

V为溶液体积，VA*为T、p不变下，纯A的摩尔体积。

方程（3）式可变为V=nBΦV+nAVA*（4）

（4）式对nB偏微商，得

以VB，VA，V代替

（2）式中的YB，YA，Y，则

结合（4），（5），（6）三式，得

在已知nA、nB和摩尔质量MA、MB及溶液密度ρ的情况下，由（7）式可计算VA，

因为

将（8）式代入（3），得

采用质量摩尔浓度mB，令式中nB=mB，nA=1000/MA，则（9）式变为

在T、p不变时，纯A的密度ρA*=MA/VA*

则（10）式最后可表示为

由（7）式求VA时，其中（〆ΦV/〆nB）要通过ΦV---nB作图求微商而得，但ΦV---nB并非线性关系，德拜-休克尔证明，对于强电解质的稀水溶液，ΦV随√mB有线性关系，故可作如下变换

可作ΦV----√mB图，该图为直线，其直线斜率为（〆ΦV/〆√mB）。

因此，不仅可用（7）式求VA，还可通过（5）式求VB。

在计算过程中应注意：

nB=mB，nA=1000/MA（MA为A的摩尔质量）。

Ⅲ、实验仪器与药品

超级恒温槽，磨口锥形瓶（100ml）5个，50ml比重管5个，电子分析天平，移液管，量筒（50ml）

NaCl（AR），蒸馏水，滤纸

Ⅳ、实验步骤

1．比重瓶体积的校正

比重瓶洗净、烘干、冷却到常温。

比重瓶空瓶称重，加满蒸馏水恒温（设定25℃）10分钟，擦干再称重。

由25℃的密度（事先查表获得），比重瓶装水重，可计算出比重瓶的体积。

2．配制溶液

用100ml磨口锥形瓶，准确配制质量分数分别为18%、13%、8.5%、4%、2%的NaCl溶液约50ml。

先称量锥形瓶，小心加入适量的NaCl，再称量。

用量筒加入所需之蒸馏水后称重。

由减量法分别求出NaCl和水的质量，并求出它们的摩尔分数。

3．用比重管测溶液的密度

洗净吹干（或用乙醇洗比重管后，再用水泵抽干）比重管。

称量空管，装蒸馏水，并在25℃下恒温（应比室温至少高5℃）。

调刻度，取出并擦干比重管，再称量，重复以上操作，使称量重复至±0.2mg。

Ⅴ、数据处理

表1实验室条件的记录表

实验开始时

实验结束时

温度/℃

20.0

温度/℃

22.0

压力/hp

1020.5

压力/hp

1020.7

湿度/%

59.0

湿度/%

52.2

表2实验数据

溶液序号

1

2

3

4

5

溶液质量百分浓度％

15.25

11.50

7.83

3.92

2.00

恒温槽温度0C

25.00

水的密度g/cm3

0.997043

比重瓶重量/g

24.4329

比重瓶+水重量/g

75.2799

比重瓶的体积/v

51.04

锥形瓶重量/g

72.5271

54.3139

72.5174

53.5142

73.3662

NaCl+锥形瓶重量/g

81.5712

60.8748

76.7721

55.5558

74.3933

水+NaCl+锥形瓶重量/g

130.0413

109.8892

125.5452

105.8671

125.3240

NaCl质量/g

9.0441

6.5609

4.2547

2.0416

1.0271

水的质量/g

47.9574

48.8634

49.7405

50.3918

50.6458

NaCl溶液的质量/g

57.0015

55.4243

53.9952

52.3529

51.9578

溶液密度g/cm3

1.1168

1.0859

1.0579

1.0273

1.0124

溶液质量摩尔浓度mB（mol/g）

0.003079

0.002212

0.001454

0.000698

0.000349

导致表观体积

偏大，从而使得出的VA、VB偏大。

④处理数据时将比重瓶的体积视作恒定，但是从注满溶液到放入25℃水浴中，比重瓶温度不可避免地会升高（室温比25℃低），这样会导致使测得的溶液质量，密度都偏小，导致表观体积

偏大，从而使得出的VA、VB偏大。

2.偏摩尔体积的物理意义可从两个角度理解：

一是在温度、压力及溶液浓度一定的情况下，在一定量的溶液中加入极少量的A（由于加入A的量极少，可以认为溶液浓度没有发生变化），此时，系统体积的改变量与所加入A的物质的量之比即为该温度、压力及溶液浓度下的A的偏摩尔体积。

二是在一定温度、压力及溶液浓度的情况下，将1molA加入到大量的溶液中（由于溶液量大，可以认为加入1molA，溶液浓度没有发生改变），此时，溶液体积改变量则为该温度、压力及溶液浓度下的A的偏摩尔体积。

所以实验测得的VA应和水的标准摩尔体积

相近，而B的偏摩尔体积VB随浓度变化相对较大。

偏摩尔体积与纯组分的摩尔体积

不同。

因为

只涉及A分子本身之间的作用力，而

则不仅涉及A分子本身之间的作用力，还有B分子之间以及A与B分子之间的作用力，这三种作用力对溶液总体积的影响将随溶液中A、B分子的比例而变，即随溶液浓度而变。

实验中溶液的三种作用力即为：

水分子之间的作用力、水分子与氯化钠之间的作用力和氯化钠分子之间的作用力。

从实验数据中得知氯化钠的浓度越低，它的偏摩尔体积就越小。

从公式（5）

也可以看出氯化钠的偏摩尔体积受自身浓度的影响较大。

而水的偏摩尔体积基本不变，公式（7）为

实验中的数据

<

所以公式中的后面一项相对于

来说很小，即不同浓度的氯化钠溶液水的偏摩尔体积基本不变。

实验得出的结果也与此基本相符。

实验数据处理求

的过程中，不直接用

，而用

，因为

-

并非线性关系，而对于强电解质的稀水溶液，

随

有线性关系，求出斜率然后根据公式可得水和氯化钠的偏摩尔体积，这在原理中有解释。

Ⅷ、思考题

1．为何不直接用（〆ΦV/〆mB），而用（〆ΦV/〆√mB）求VB？

答：

求VA时，由（7）式其中（〆ΦV/〆nB）要通过ΦV---nB作图求微商而得，但ΦV---nB并非线性关系，德拜-休克尔证明，对于强电解质的稀水溶液，ΦV随√mB有线性关系，故可作ΦV----√mB图，该图为直线，其直线斜率为（〆ΦV/〆√mB）。

2．为什么本实验的称量精度要求那么高？

答：

实验结果可以看出水的偏摩尔体积随氯化钠的浓度的增大而减小，氯化钠的偏摩尔体积逐渐增大。

在数据的处理中发现原始数据的微小偏差对求出的氯化钠表观摩尔体积有很大的影响，尤其在浓度较小的情况下影响更加显著。

实验求出的结果与其他组比较，发现求出的斜率相差很大，所以由此可以知道为什么实验过程中严格要求密度管干燥，要求没有气泡，不能在盖盖子的时候将液体逸出，因为一点点的误差就会对测量结果产生很大的影响。

Ⅸ、参考资料

1．《物理化学实验》第4版北京大学编北京大学出版社P51-53。

2．《物理化学实验》孙尔康徐维清邱金恒编南京大学出版社P191-193。